統(tǒng)一潮流控制器與串補(bǔ)對(duì)線路保護(hù)影響的比較分析

謝 華, 潘 磊， 趙青春，戴光武， 徐曉春

(南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102)

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統(tǒng)一潮流控制器與串補(bǔ)對(duì)線路保護(hù)影響的比較分析

謝 華, 潘 磊， 趙青春，戴光武， 徐曉春

(南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102)

統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)通過(guò)串聯(lián)變壓器在輸電線路注入幅值和相角均可控的電壓矢量，等效串聯(lián)接入電容或電感，從而提高電網(wǎng)輸送效率。與此相似，輸電線路通過(guò)接入串補(bǔ)可提升線路的輸送能力。目前串補(bǔ)在超高壓輸電線路上有著廣泛應(yīng)用，串補(bǔ)對(duì)保護(hù)的影響有完備的處理措施，而UPFC這一全新電力電子設(shè)備接入系統(tǒng)后對(duì)周邊系統(tǒng)及保護(hù)的影響尚無(wú)深入研究。本文通過(guò)比較分析UPFC與串補(bǔ)接入系統(tǒng)后電氣特征、對(duì)保護(hù)的影響及相應(yīng)的保護(hù)配置等方面的異同，明確UPFC在各種運(yùn)行情況下的等效特性以及保護(hù)適應(yīng)性解決策略，為UPFC接入后系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

UPFC，串補(bǔ)，等效特性，保護(hù)配置

0 引言

隨著電力系統(tǒng)輸電走廊的日趨飽和，依靠建設(shè)新的輸電線路增加輸送容量將會(huì)越來(lái)越困難，大型互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)提高電網(wǎng)輸送功率、降低損耗等需求成為迫切需要解決的難點(diǎn)，采用新型柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)裝置改善系統(tǒng)運(yùn)行工況，提高電網(wǎng)輸送容量是一個(gè)現(xiàn)實(shí)且理想的選擇。第三代FACTS設(shè)備的典型代表統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)是迄今為止功能最全面的FACTS裝置，能分別實(shí)現(xiàn)并聯(lián)補(bǔ)償、串聯(lián)補(bǔ)償、移相和端電壓調(diào)節(jié)等多種基本功能[1]。隨著2015年南京220 kV西環(huán)網(wǎng)UPFC工程的成功投運(yùn)[2]，國(guó)內(nèi)正逐步開展UPFC技術(shù)的規(guī)模性以及在更高電壓等級(jí)系統(tǒng)中推廣應(yīng)用的各項(xiàng)研究，UPFC接入系統(tǒng)后帶來(lái)的影響成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一[3-6]。

目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)UPFC研究多集中在對(duì)UPFC本體的控制策略、系統(tǒng)架構(gòu)的研究[7]：譬如通過(guò)對(duì)UPFC充電策略的控制以及串聯(lián)側(cè)換流器零功率閉鎖等措施，實(shí)現(xiàn)UPFC的平滑啟停，降低對(duì)交流系統(tǒng)干擾[8]；針對(duì)南京西環(huán)網(wǎng)UPFC保護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)和配置進(jìn)行研究，給出適合工程應(yīng)用的最終方案架構(gòu)[9]。但是，針對(duì)UPFC電氣特性以及對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)的影響分析研究相對(duì)較少。

UPFC設(shè)備接入系統(tǒng)后，其通過(guò)串聯(lián)變壓器向線路注入幅值和相角均可控的電壓矢量，UPFC設(shè)備的接入改變了輸電線路阻抗均勻分布的基本特征，在UPFC接入點(diǎn)出現(xiàn)了電氣量的躍變點(diǎn)，等效于在UPFC接入點(diǎn)串聯(lián)特性可變的阻抗，從而對(duì)系統(tǒng)中的繼電保護(hù)設(shè)備帶來(lái)影響[10]。與目前系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的串聯(lián)電容補(bǔ)償設(shè)備相比，UPFC在某些運(yùn)行情況下特性與串補(bǔ)相似，且對(duì)于繼電保護(hù)設(shè)備而言，一般更為關(guān)注UPFC等效呈現(xiàn)容抗特性時(shí)對(duì)系統(tǒng)的影響。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維和管理人員對(duì)UPFC接入系統(tǒng)后的外在特性以及對(duì)線路保護(hù)的影響尚未建立直觀的認(rèn)識(shí)。本文以此為出發(fā)點(diǎn)，描述UPFC與串補(bǔ)接入系統(tǒng)后的特性及對(duì)保護(hù)影響的異同，給相關(guān)人員提供參考。

1 UPFC與串補(bǔ)基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 串補(bǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

串補(bǔ)設(shè)備通過(guò)串聯(lián)在高壓輸電線路上，可以補(bǔ)償線路電抗，縮短交流傳輸?shù)碾姎饩嚯x，提高線路送電能力，同時(shí)降低線路輸送損耗。串補(bǔ)在區(qū)域聯(lián)絡(luò)線等重要線路上得到了廣泛應(yīng)用，如特高壓示范工程擴(kuò)建工程、錫盟—北京東特高壓雙回輸電線路、天生橋—平果超高壓線路等，均安裝了串補(bǔ)。一般而言，串聯(lián)電容器容抗是應(yīng)用于補(bǔ)償輸電線路電抗的40%～60%左右。串補(bǔ)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖 1所示。

圖1 固定串聯(lián)電容補(bǔ)償設(shè)備結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of fixed series capacitor compensation equipment

串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置主要由電容器組及其附加的保護(hù)、控制等設(shè)備組成。電容器組C是串補(bǔ)裝置的主要設(shè)備，通常由多個(gè)電容器元件按照一定的規(guī)律串并聯(lián)連接而成。MOV是一個(gè)金屬氧化鋅非線性電阻器，構(gòu)成電容器的過(guò)電壓保護(hù)，有穩(wěn)定的限壓及能量特性。Q模塊是為MOV提供保護(hù)的強(qiáng)制觸發(fā)放電間隙(GAP)，其主要功能是：在一定的條件下(如當(dāng)MOV兩端壓降或其吸收的能量超過(guò)預(yù)定值)迅速擊穿以旁路電容器組和MOV，防止MOV過(guò)熱損壞，也保護(hù)電容器組免受過(guò)電壓的損害。旁路斷路器S用于手動(dòng)投退串聯(lián)電容器組，方便電容及其保護(hù)設(shè)備的維護(hù)檢修。其另一個(gè)作用是在旁路間隙擊穿以后，由旁路斷路器短路間隙使其滅弧。阻尼電路D用于抑制在串補(bǔ)保護(hù)動(dòng)作過(guò)程中所產(chǎn)生的高頻高能放電電流，其結(jié)構(gòu)為由電感和電阻構(gòu)成的阻尼裝置。當(dāng)旁路開關(guān)閉合或電容重投時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量高頻暫態(tài)電流，阻尼回路可在較短時(shí)間內(nèi)消除這些高頻分量。

在正常運(yùn)行情況下，串補(bǔ)裝置呈現(xiàn)固定的容抗值，等效減小了整條線路的電抗，從而起到改變潮流分布的作用，提升本線路的輸送功率。串補(bǔ)電容沒(méi)有復(fù)雜的控制環(huán)節(jié)，其運(yùn)行特性相對(duì)較為簡(jiǎn)單。

1.2 UPFC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

實(shí)現(xiàn)單回線路控制的UPFC系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖 2所示，它由2個(gè)背靠背的電壓源換流器構(gòu)成，2個(gè)背靠背的換流器共用直流母線，二者都通過(guò)聯(lián)接變壓器接入系統(tǒng)，其中，換流器1對(duì)應(yīng)的聯(lián)接變壓器以并聯(lián)形式接入，換流器2對(duì)應(yīng)的聯(lián)接變壓器以串聯(lián)形式接入。

換流器2的功能是通過(guò)串聯(lián)聯(lián)接的變壓器向線路注入幅值和相角均可控的電壓矢量，可同時(shí)或有選擇性地調(diào)節(jié)線路上的電壓、阻抗和相角；換流器1的功能是通過(guò)公共直流母線提供或吸收換流器2所需要的有功功率，以維持串聯(lián)變壓器與線路之間的有功功率交換。除了換流器2能與系統(tǒng)進(jìn)行有功和無(wú)功功率的交換外，換流器1也可同時(shí)發(fā)出或吸收無(wú)功功率，為系統(tǒng)提供獨(dú)立的并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償。

UPFC配置了完備的保護(hù)措施應(yīng)對(duì)交流系統(tǒng)故障[11,12]，當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生故障、閥側(cè)感受到的電流大于UPFC保護(hù)動(dòng)作定值時(shí)，將觸發(fā)高壓側(cè)旁路開關(guān)、低壓側(cè)旁路開關(guān)閉合，觸發(fā)晶閘管旁路開關(guān)導(dǎo)通閉合，晶閘管旁路開關(guān)閉合時(shí)間一般小于2 ms。

串聯(lián)換流器串聯(lián)注入電壓總是直接或間接影響輸電線路潮流，其串聯(lián)注入電壓的幅值和相位由UPFC在潮流控制時(shí)所選擇的控制方式來(lái)確定，其控制方式主要包括[13]以下幾種。

(1) 線路端電壓控制：控制串聯(lián)變壓器注入與線路端電壓相位相同、幅值可調(diào)的交流電壓，改變線路端電壓的幅值，可以調(diào)節(jié)線路端電壓運(yùn)行在正常的范圍內(nèi)，與調(diào)節(jié)變壓器分接頭的作用相同，但其為平滑調(diào)節(jié)，變壓器分接頭為有級(jí)調(diào)節(jié)。

(2) 線路電抗控制：控制串聯(lián)變壓器注入的電壓向量與線路電流垂直，等效于在線路中串聯(lián)恒定電抗，可以是容抗或感抗，可連續(xù)調(diào)節(jié)，在合適控制下不會(huì)發(fā)生LC振蕩，對(duì)補(bǔ)償線路感抗、增強(qiáng)系統(tǒng)傳輸功率極限、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性等非常有效。

(3) 相角控制：理想的移相控制器，在不必調(diào)控輸電線路兩端母線電壓的情況下，可連續(xù)調(diào)控輸電線路傳輸有功功率的大小，使電力系統(tǒng)潮流方向以及大小經(jīng)濟(jì)合理。

(4) 自動(dòng)潮流控制：串聯(lián)變壓器注入的電壓幅值和相位都是可控的，能使線路產(chǎn)生期望的有功和無(wú)功功率。含有UPFC的線路對(duì)電力系統(tǒng)的其他部分而言，可視為一種高阻抗電源，能輸出或吸收有功和無(wú)功功率。這種運(yùn)行模式是其他FACTS裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

2 UPFC與串補(bǔ)運(yùn)行特性差異比較

為了有效評(píng)估UPFC和串補(bǔ)設(shè)備接入系統(tǒng)后對(duì)系統(tǒng)電氣特性的影響，進(jìn)而研究相關(guān)線路保護(hù)受到的影響，須重點(diǎn)分析在各種運(yùn)行情況下此類串聯(lián)接入設(shè)備等效外在特性。

2.1 串補(bǔ)系統(tǒng)各種運(yùn)行方式下等效特性

對(duì)于含串補(bǔ)的輸電線路，在正常輸送潮流時(shí)，MOV中基本不會(huì)流過(guò)電流，串補(bǔ)設(shè)備整體呈現(xiàn)容抗特性，且該容抗值相對(duì)固定。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障，串補(bǔ)設(shè)備流過(guò)的電流增大時(shí)，隨著串補(bǔ)兩端電壓降的變化，MOV呈現(xiàn)出非線性阻抗的特征，兩端電壓降越大，MOV等效阻抗越小，計(jì)及MOV特性的整體等效阻抗可以等效為電阻與電容串聯(lián)的形式，該電阻和電容隨著串補(bǔ)兩端電壓變化而發(fā)生改變。串補(bǔ)電流定值達(dá)到GAP擊穿定值的情況下，GAP導(dǎo)通從而將電容兩端旁路，此時(shí)串補(bǔ)的整體等效阻抗基本為0。在系統(tǒng)各種運(yùn)行方式下串補(bǔ)整體主要呈現(xiàn)如下3種狀態(tài)。

(1) 線性方式：當(dāng)電容器兩端電壓小于MOV的導(dǎo)通電壓時(shí)，串補(bǔ)裝置可以認(rèn)為是一線性電容器；

(2) MOV導(dǎo)通方式：MOV處于導(dǎo)通狀態(tài)，串補(bǔ)裝置的容抗減小，其特性為與電流相關(guān)的非線性阻抗；

(3) 旁路方式：滿足一定的條件觸發(fā)間隙將串補(bǔ)電容器組旁路，或者旁路斷路器動(dòng)作閉合，串補(bǔ)裝置被旁路。

(4) 串補(bǔ)在各種運(yùn)行方式下其整體等效容抗值小于等于電容器組整體容抗，且根據(jù)當(dāng)前電流值能夠基本推知串補(bǔ)整體的等效特性。

2.2 UPFC各種運(yùn)行方式下等效特性

在電力系統(tǒng)應(yīng)用中，UPFC的主要目的是進(jìn)行有功功率的調(diào)整控制，通過(guò)串聯(lián)變壓器輸入附加串聯(lián)電動(dòng)勢(shì)改變線路電壓的大小和相位，相當(dāng)于在線路中間串聯(lián)接入可變的電感或者電容，通過(guò)改變線路參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)潮流的控制。串聯(lián)接入設(shè)備改變了線路阻抗隨長(zhǎng)度均勻變化的特征，對(duì)于線路保護(hù)影響較大。一般情況下，如果串聯(lián)接入設(shè)備呈現(xiàn)電感特性，將對(duì)后備距離保護(hù)等動(dòng)作靈敏度帶來(lái)影響；而串聯(lián)接入設(shè)備呈現(xiàn)電容特性，則會(huì)造成主保護(hù)動(dòng)作靈敏度下降、后備保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)等一系列問(wèn)題。因此，一般更為關(guān)注UPFC在等效呈現(xiàn)電容特性時(shí)的特征。

UPFC可以等效為可變電壓源串聯(lián)接入線路，等效阻抗值取決于其注入電壓源的大小以及當(dāng)前線路的電流值，下面推導(dǎo)正常運(yùn)行情況下UPFC提升輸送功率時(shí)等效容抗與線路阻抗的相對(duì)關(guān)系。

(1)

根據(jù)有功功率表達(dá)式，注入的電壓超前首端電壓，可以提升線路的輸送功率，當(dāng)超前90°時(shí)，提升有功功率的效率最高，采用串聯(lián)補(bǔ)償?shù)姆绞较?，串?lián)變壓器不向系統(tǒng)中注入有功功率。

假定按照線路電抗控制模式調(diào)節(jié)功率，即控制串聯(lián)變壓器注入的電壓向量與線路電流垂直，UPFC等效阻抗可按如下方式進(jìn)行計(jì)算。

(2)

(3)

在實(shí)際系統(tǒng)中，若考慮兩端系統(tǒng)阻抗，則UPFC等效阻抗表示為：

(4)

基于式(4)可知，系統(tǒng)提升功率時(shí)，UPFC串聯(lián)接入系統(tǒng)中的電抗等效呈現(xiàn)電容特性，其等效容抗值有如下規(guī)律：

(1) 在固定系統(tǒng)運(yùn)行方式下，UPFC串聯(lián)接入系統(tǒng)的電勢(shì)越高，UPFC等效容抗值越大，相應(yīng)提升的線路功率也越高；

(2) 考慮線路兩側(cè)系統(tǒng)等效阻抗情況下，提升功率運(yùn)行時(shí)，UPFC等效容抗會(huì)出現(xiàn)大于線路阻抗的情況。

在降低輸送功率時(shí)，UPFC整體呈現(xiàn)電感特性，此處不加贅述。

系統(tǒng)故障情況下，若流過(guò)UPFC閥側(cè)的電流大于保護(hù)動(dòng)作定值，則晶閘管旁路開關(guān)(TBS)將在2 ms左右閉合，TBS閉合后等效于將串聯(lián)變壓器漏抗串聯(lián)接入系統(tǒng)中，對(duì)于保護(hù)影響相對(duì)較小。當(dāng)網(wǎng)側(cè)旁路開關(guān)閉合后，UPFC徹底與系統(tǒng)隔離，其等效阻抗接近于0。

若在遠(yuǎn)離UPFC安裝線路發(fā)生故障或者發(fā)生高阻等接地故障，此時(shí)UPFC閥側(cè)感受到的電流相對(duì)較小，將仍按照設(shè)定的控制目標(biāo)進(jìn)行調(diào)節(jié)，此時(shí)UPFC等效阻抗與故障時(shí)刻的電流密切相關(guān)。

基于此，UPFC在各種運(yùn)行情況下，將呈現(xiàn)如下幾種特征：

(1) UPFC正常提升線路輸送功率，呈現(xiàn)容抗特性；

(2) UPFC正常限制線路輸送功率，呈現(xiàn)感抗特性；

(3) UPFC流過(guò)較大電流，閥側(cè)晶閘管旁路開關(guān)動(dòng)作，一般在2 ms以內(nèi)，此時(shí)等效于將串聯(lián)變壓器漏抗串聯(lián)接入系統(tǒng)中；

(4) UPFC網(wǎng)側(cè)旁路開關(guān)動(dòng)作，一般在100 ms以內(nèi)，網(wǎng)側(cè)旁路開關(guān)動(dòng)作后將UPFC徹底與系統(tǒng)隔離。

2.3 UPFC與串補(bǔ)等效特性差異

結(jié)合上文的分析，UPFC與串補(bǔ)在各種運(yùn)行方式下等效特性上主要有如下差異：

(1) 對(duì)于常規(guī)串補(bǔ)，串聯(lián)電容補(bǔ)償度一般為40%～60%左右，即小于線路阻抗，因此在非串補(bǔ)線路故障時(shí)，除串補(bǔ)安裝線路之外的所有線路將不受串補(bǔ)影響；而UPFC等效容抗可能大于線路阻抗，從而造成接入后對(duì)周邊系統(tǒng)影響范圍難以明確；

(2) 串補(bǔ)電容在故障期間的容抗值相對(duì)固定，而UPFC的電力電子器件在暫態(tài)期間調(diào)節(jié)的快速性難以用解析表達(dá)式進(jìn)行展現(xiàn)，造成UPFC等效阻抗時(shí)變特征明顯。因此，暫態(tài)期間UPFC等效呈現(xiàn)的特性需要結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)的仿真分析才能有較為明確的結(jié)論。

3 UPFC與串補(bǔ)對(duì)保護(hù)影響差異及功能配置

3.1 UPFC與串補(bǔ)影響范圍分析方法比較

串聯(lián)設(shè)備接入線路以后，將會(huì)對(duì)本線及相鄰一級(jí)或者幾級(jí)輸電線路保護(hù)裝置存在影響，是相關(guān)繼電保護(hù)專業(yè)人員重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，這涉及到對(duì)周邊輸電線路保護(hù)的改造、定值調(diào)整等工作，將直接影響整個(gè)區(qū)域電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行[16]。

設(shè)計(jì)單位在工程前期階段對(duì)于串補(bǔ)本線及相鄰一級(jí)或者幾級(jí)線路進(jìn)行計(jì)算，明確影響范圍。根據(jù)目前實(shí)際工程中的經(jīng)驗(yàn)，串補(bǔ)本線及相鄰一級(jí)線路的保護(hù)設(shè)備必需配置帶串補(bǔ)功能的保護(hù)，對(duì)于相鄰兩級(jí)及以上線路，先評(píng)估超越動(dòng)作的可能性再確定是否需要配置帶串補(bǔ)功能的線路保護(hù)。

以圖5為例，若L2線路為短線路，且S3系統(tǒng)電源相對(duì)較弱，此情況下，當(dāng)L3線路串補(bǔ)出口附近故障時(shí)，串補(bǔ)等效容抗值大于L2線路阻抗，此時(shí)需向外延伸一級(jí)線路，即L1線路需要配置帶串補(bǔ)功能的保護(hù)。

圖4 串補(bǔ)系統(tǒng)影響范圍Fig.4 Diagram of influence range of series compensation system

而在UPFC系統(tǒng)中，由于UPFC的等效容抗隨著控制目標(biāo)以及當(dāng)前電流變化，難以采用解析表達(dá)式描述UPFC等值阻抗。另外，UPFC提升功率情況下等效容抗可能大于本線阻抗，從而造成影響范圍擴(kuò)大，因此，對(duì)于UPFC接入系統(tǒng)后對(duì)周邊線路的影響，建議結(jié)合UPFC本體的保護(hù)措施及相關(guān)定值進(jìn)行評(píng)估。

UPFC設(shè)定閥側(cè)過(guò)流保護(hù)定值用于保證在交流一次系統(tǒng)故障情況下可靠旁路避免損壞換流器，該過(guò)流定值相對(duì)比較靈敏，一般為1.5倍UPFC額定電流值，遠(yuǎn)小于本線故障時(shí)的故障電流。因此，初步分析UPFC接入后的影響范圍可考慮采取如下方式進(jìn)行：根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)構(gòu)建仿真模型，模擬各種運(yùn)行方式下UPFC安裝線路附近幾級(jí)輸電線路故障情況下UPFC線路感受到的故障電流值，分析其能否達(dá)到UPFC設(shè)定的閥側(cè)過(guò)流保護(hù)定值。一般情況下，對(duì)于相對(duì)密集的城市220 kV電網(wǎng)，附近4級(jí)左右線路發(fā)生金屬性故障時(shí)UPFC保護(hù)均能夠可靠動(dòng)作。在實(shí)際運(yùn)行中，由于UPFC可靠的故障重啟策略，附近線路故障時(shí)UPFC臨時(shí)退出并不影響其對(duì)系統(tǒng)的潮流控制效果。

UPFC本體快速保護(hù)一定程度上減小了交流故障時(shí)UPFC對(duì)于周邊系統(tǒng)的影響，同時(shí)結(jié)合實(shí)際仿真分析，研究附近線路故障時(shí)UPFC未旁路且呈現(xiàn)容抗特性的可能性，可進(jìn)一步明確周邊的輸電線路是否需要考慮UPFC接入的影響。

3.2 UPFC與串補(bǔ)同交流系統(tǒng)保護(hù)配合關(guān)系比較

相比UPFC設(shè)備，串補(bǔ)本體的設(shè)備較少，與線路保護(hù)之間的配合關(guān)系較為簡(jiǎn)單：

(1) 線路保護(hù)跳閘接點(diǎn)輸出至串補(bǔ)本體控制設(shè)備，用于聯(lián)動(dòng)串補(bǔ)旁路；

(2) 串補(bǔ)保護(hù)判別合閘失靈信號(hào)輸出至斷路器保護(hù)，跳開相應(yīng)斷路器，同時(shí)啟動(dòng)失靈；

(3) 串補(bǔ)與線路重合閘之間主要通過(guò)設(shè)定固定時(shí)間進(jìn)行配合，在采取重合閘前投入串補(bǔ)的方式時(shí)會(huì)出現(xiàn)帶串補(bǔ)合閘于故障的情況。

對(duì)于UPFC設(shè)備，由于電力電子器件耐受沖擊能力相對(duì)較弱，需要盡量避免出現(xiàn)帶UPFC重合的情況。由于UPFC自身具備完整的控制保護(hù)邏輯，同時(shí)采集了相應(yīng)的測(cè)量電壓互感器、電流互感器、斷路器位置等關(guān)鍵信息，UPFC設(shè)備與線路保護(hù)、串聯(lián)變壓器保護(hù)通過(guò)信息交互形成更為緊密的配合關(guān)系，從而盡可能保障UPFC系統(tǒng)安全運(yùn)行[17]。UPFC與線路保護(hù)的具體配合關(guān)系主要如下：

(1) 輸電線路兩側(cè)任一線路保護(hù)動(dòng)作輸出相應(yīng)信號(hào)給UPFC保護(hù)設(shè)備，用于聯(lián)動(dòng)旁路開關(guān)；

(2) UPFC配置的串聯(lián)變壓器保護(hù)動(dòng)作信號(hào)傳輸給線路保護(hù)，用于閉鎖線路保護(hù)重合閘；

(3) 線路保護(hù)需要判別UPFC旁路斷路器處于合閘位置時(shí)，才允許重合閘；

(4) UPFC控制設(shè)備監(jiān)視系統(tǒng)電壓和電流已經(jīng)恢復(fù)，才開始解鎖啟動(dòng)重投策略。

通過(guò)上述配合，可以有效避免線路故障對(duì)UPFC本體帶來(lái)的影響，提高UPFC設(shè)備的使用壽命，增強(qiáng)整體系統(tǒng)動(dòng)作可靠性。

3.3 UPFC與串補(bǔ)接入后保護(hù)適應(yīng)性解決方案

串補(bǔ)接入系統(tǒng)后線路保護(hù)適應(yīng)性解決方案有相對(duì)成熟的經(jīng)驗(yàn)，但是UPFC接入后線路保護(hù)改進(jìn)措施目前尚未完全定型。相比串補(bǔ)保護(hù)，UPFC接入系統(tǒng)后線路保護(hù)的適應(yīng)性解決措施可以從如下幾方面加以考慮：

(1) 串補(bǔ)系統(tǒng)繼電保護(hù)整體解決方案中一般引入了“正向保護(hù)級(jí)電壓”參數(shù)，即引入MOV作用下串補(bǔ)兩端可能出現(xiàn)的最大電壓值，而在UPFC系統(tǒng)中，受限于UPFC的控制調(diào)節(jié)能力，其通過(guò)串聯(lián)變壓器注入系統(tǒng)中的電勢(shì)存在最大值，基本可考慮為串聯(lián)變壓器的網(wǎng)側(cè)額定電壓值。可以考慮將該電壓值引入保護(hù)裝置中，系統(tǒng)故障時(shí)假設(shè)UPFC兩端能夠達(dá)到該額定電壓，保守考慮對(duì)距離保護(hù)等范圍進(jìn)行調(diào)整。

(2) 考慮到UPFC本體保護(hù)的快速隔離效果，長(zhǎng)延時(shí)段的后備保護(hù)可以不考慮由于UPFC呈現(xiàn)容抗特性帶來(lái)的影響。

(3) 結(jié)合UPFC本體的控制保護(hù)，模擬系統(tǒng)故障情況下UPFC整體等效特性，才能準(zhǔn)確評(píng)估其對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)串補(bǔ)以及UPFC的本體結(jié)構(gòu)，在各種運(yùn)行情況下外在特性以及對(duì)系統(tǒng)影響差異方面進(jìn)行了詳細(xì)比較。提出UPFC對(duì)周邊系統(tǒng)影響分析的基本方法，借鑒串補(bǔ)與系統(tǒng)的配合措施，形成了UPFC系統(tǒng)配合基本方案，借鑒串補(bǔ)系統(tǒng)保護(hù)適應(yīng)性解決措施，提出了UPFC系統(tǒng)線路保護(hù)的適應(yīng)性解決研究方向。對(duì)線路保護(hù)而言，當(dāng)UPFC呈現(xiàn)容抗特性時(shí)對(duì)其影響較大，需要重點(diǎn)關(guān)注；UPFC系統(tǒng)由于其控制保護(hù)特性相比串補(bǔ)電容更為復(fù)雜，造成其暫態(tài)特性難以定量的進(jìn)行解析表達(dá)，需要結(jié)合仿真分析明確其暫態(tài)特性；借鑒串補(bǔ)系統(tǒng)與線路保護(hù)配合方法，UPFC系統(tǒng)亦可通過(guò)與線路保護(hù)、串聯(lián)變壓器保護(hù)進(jìn)行配合提高系統(tǒng)可靠性；適應(yīng)UPFC系統(tǒng)的交流保護(hù)解決方案可部分參考串補(bǔ)解決措施，引入U(xiǎn)PFC的相關(guān)參數(shù)提升保護(hù)動(dòng)作性能。

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程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)研究工作；

戴光武(1984—)，男，江蘇鹽城人，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)研究工作；

徐曉春(1984—)，男，江蘇南通人，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)研究工作。

(編輯 劉曉燕)

Research on the Effect of UPFC and SC on Line Protection

XIE Hua, PAN Lei, ZHAO Qingchun,DAI Guangwu, XU Xiaochun

(Nanjing Nari-relays Electric Co. Ltd.，Nanjing 211102,China)

Unified Power Flow Controller (UPFC) injects controlled voltage into the transmission line through series transformer. UPFC is equivalent to series connection of capacitance or inductance to improve transmission efficiency of power network. Series compensation (SC) adjusts line impedance through capacitance similar to UPFC. SC is widely used in EHV transmission line and the influence of SC system on the protection is analyzed in detail. As a new power electronic device, the impact of UPFC on the surrounding system and protection hasn’t been deeply studied. In this paper, the characteristics and effects of UPFC on protection and SC are analyzed. The equivalent characteristics of UPFC under various operating conditions and the solution of line protection are studied. The research improves operation reliability of UPFC system.

unified power flow controller(UPFC)，series compensation (SC)，equivalent characteristic，protection configuration

2017-02-17；

2017-03-29

TM77

A

2096-3203(2017)04-0137-06

謝 華

謝 華(1983—)，男，江蘇啟東人，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)研究工作(E-mail：xiehua@nrec.com)；

潘 磊(1985—)，男，湖北荊州人，工程師，從事柔性直流輸電及柔性交流輸電技術(shù)研究工作；

趙青春(1980—)，男，湖北武漢人，高級(jí)工